1. فراتر از چاه -} با استحکام بالا - به - نسبت وزن ، سایر خصوصیات اساسی که باعث می شود میله آلیاژ تیتانیوم به یک ماده مهم در صنایع و صنایع پزشکی تبدیل شود؟
در حالی که استحکام - به {{1} نسبت وزن بسیار مهم است ، چندین ویژگی ذاتی دیگر آلیاژهای تیتانیوم برای این بخش های عملکرد بالا- بسیار مهم هستند:
مقاومت در برابر خوردگی استثنایی: تیتانیوم به طور طبیعی یک لایه اکسید متراکم ، چسبنده و پایدار (TIO₂) تشکیل می دهد که در صورت آسیب دیدگی فوراً اصلاح می شود. این امر باعث می شود میله های تیتانیوم در برابر طیف وسیعی از محیط ها از جمله آب شور ، مایعات بدن ، کلریدها و بسیاری از مواد شیمیایی بسیار مقاوم باشند ، و از فولادهای آلومینیومی و ضد زنگ در رسانه های خاص فراتر رفته اند.
زیست سازگاری: این کلید اصلی کاشت پزشکی است. تیتانیوم غیر - سمی است و توسط بدن انسان رد نمی شود. قابلیت osseointegration آن - توانایی رشد استخوان در سطح تیتانیوم-} آن را به عنوان ماده ایده آل برای میله های ارتوپدی مورد استفاده در میله های ستون فقرات ، ساقه های لگن و پیچ های استخوان تبدیل می کند.
عملکرد خستگی: آلیاژهای تیتانیوم قدرت خستگی عالی را نشان می دهند ، به این معنی که می توانند قبل از خرابی تعداد زیادی از چرخه بارگذاری چرخه ای را تحمل کنند. این امر برای چرخاندن قطعات در موتورهای جت (به عنوان مثال ، دیسک های کمپرسور) و اجزای قاب هوایی که در چرخه فشار قرار دارند ، کاملاً ضروری است.
مدول خاصیت ارتجاعی: مدول تیتانیوم تقریباً نیمی از فولاد است ، به این معنی که انعطاف پذیر تر است. این انعطاف پذیری کنترل شده در برنامه هایی مانند کاشت ارتوپدی مفید است ، جایی که مطابقت نزدیکتر با مدول استخوان می تواند به کاهش محافظ استرس کمک کند.
2. نمرات TI-6AL-4V (درجه 5) و تیتانیوم خالص تجاری (به عنوان مثال ، درجه 2) رایج ترین هستند. چه زمانی یک مهندس نوار تیتانیوم CP را بر روی آلیاژ قوی تر TI-6AL-4V مشخص می کند؟
انتخاب بین تیتانیوم CP و Ti- 6AL-4V یک تجارت کلاسیک بین قدرت ، شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی است.
تیتانیوم CP (نمرات 1- 4) را مشخص کنید که بالاترین سطح قابلیت تشکیل ، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز باشد ، و مقاومت مکانیکی شدید درایور اصلی نیست. تیتانیوم CP برای سرما ، خم و جوش آسان تر است. این ماده برای تجهیزات پردازش شیمیایی (به عنوان مثال ، پوسته های مبدل حرارتی ، لوله کشی) ، اجزای دریایی و ایمپلنت های پزشکی مشخص شده است که در آن حداکثر انعطاف پذیری و زیست سازگاری بدون استحکام بالاتر آلیاژ (به عنوان مثال ، صفحات جمجمه) مورد نیاز است.
مشخص کنید که در صورت مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خستگی و عملکرد درجه حرارت بالا (حداکثر 400 درجه / 750 درجه فارنهایت) ، ti- 6al {8} 4V (درجه 5) مشخص کنید. این اسب بخار برای اجزای ساختاری هوافضا (پرتوهای دنده فرود ، نصب موتور) ، اجزای موتور توربین و ایمپلنت های پزشکی با استرس بالا مانند ساقه های استخوان ران و دستگاه های تروما ارتوپدی است. تجارت این است که شکل گیری و ماشین از تیتانیوم CP کمتر انعطاف پذیر و دشوارتر است.
3. چالش های اصلی ماشینکاری مرتبط با میله های آلیاژ تیتانیوم چیست و از چه راهکارهایی برای غلبه بر آنها استفاده می شود؟
ماشینکاری تیتانیوم به دلیل خاصیت مادی آن بسیار دشوار است:
هدایت حرارتی کم: گرمای تولید شده در هنگام برش در تراشه ها یا قطعه کار از بین نمی رود. در عوض ، آن را بر روی لبه ابزار برش متمرکز می کند و منجر به سایش سریع ابزار و خرابی می شود.
واکنش پذیری شیمیایی بالا: در دماهای بالا که در هنگام ماشینکاری مشاهده می شود ، تیتانیوم با مواد ابزار (مانند کاربید) واکنش نشان می دهد و باعث پوشیدن ، چسبندگی و سایش انتشار می شود که این ابزار را تخریب می کند.
سخت شدن کار: تیتانیوم می تواند کار کند - در حین برش سخت شود ، و در صورت عدم مدیریت ، پاس های بعدی حتی دشوارتر و منجر به پایان سطح ضعیف می شود.
استراتژی هایی برای غلبه بر این چالش ها عبارتند از:
ابزارهای شارپ: با استفاده از ابزارهای زاویه ای {1-} {}}}}}- با روکش های تخصصی (به عنوان مثال ، tialn) برای کاهش اصطکاک و گرما.
سرعت پایین ، سرعت زیاد خوراک: استفاده از سرعت برش پایین برای مدیریت تولید گرما اما استفاده از نرخ خوراک بالاتر برای نگه داشتن ابزار پیش از کار - منطقه سخت شده.
خنک کننده فشار بالا -: استفاده از خنک کننده فشار بالا- که دقیقاً در رابط برش کارگردانی می شود بسیار مهم است. این گرما را از بین می برد ، برش را روغن می کند و تراشه های را از بین می برد تا از برش مجدد- جلوگیری شود.
تنظیمات سفت و سخت: اطمینان از استحکام شدید در ابزار ، قطعه کار و فیکسچر برای مقابله با بهاری تیتانیوم و جلوگیری از پچ پچ.
4. ساختار ساختار یک نوار آلیاژ تیتانیوم (به عنوان مثال ، آلفا ، بتا ، آلفا- بتا) چگونه بر خصوصیات مکانیکی و انتخاب آن برای یک برنامه تأثیر می گذارد؟
عناصر آلیاژ و ریزساختار نتیجه قابلیت های آلیاژ تیتانیوم را تعریف می کنند. سه کلاس اصلی عبارتند از:
آلیاژهای آلفا (به عنوان مثال ، cp ti ، ti- 5al-} 2.5Sn): اینها غیر- قابل درمان با گرما هستند و در درجه اول از طریق تقویت جامد تقویت می شوند. آنها از جوشکاری عالی ، مقاومت در برابر خزش در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب برخوردار هستند. آنها به طور معمول در پردازش شیمیایی و کاربردهای کرایوژنیک مورد استفاده قرار می گیرند.
آلفا-} آلیاژهای بتا (به عنوان مثال ، TI-6AL-4V): این رایج ترین کلاس است. آنها را می توان با عملیات حرارتی (درمان محلول و پیری) تقویت کرد ، که ذرات آلفا ریز را در یک ماتریس بتا تبدیل می کند. این یک تعادل عالی از قدرت ، انعطاف پذیری و قدرت خستگی را ارائه می دهد. آنها انتخاب پیش فرض برای بیشتر برنامه های هوافضا و پزشکی هستند.
آلیاژهای بتا (به عنوان مثال ، Ti- 10V-} 2Fe-3AL ، TI-15V-3CR-3SN-3AL): اینها غنی از تثبیت کننده های بتا هستند (به عنوان مثال ، V ، MO ، Cr). آنها استحکام بسیار بالایی (بالاترین کلاس ها) ، سخت بودن عالی در بخش های ضخیم و بهبود شکل گیری در شرایط تحت درمان با محلول را ارائه می دهند. با این حال ، آنها می توانند انعطاف پذیری کمتری داشته باشند و متراکم تر باشند. آنها در اجزای هوافضا با استحکام بالا مانند دنده فرود و چشمه ها استفاده می شوند.
5. در زمینه تولید افزودنی (AM) ، نقش میله های آلیاژ تیتانیوم به طور سنتی تولید شده چیست؟
با وجود رشد AM (یا چاپ سه بعدی) برای تولید قطعات پیچیده تیتانیوم ، میله های سنتی تیتانیوم فرفورژه کاملاً ضروری و اغلب مکمل هستند:
خوراک برای AM: بسیاری از فرآیندهای فلزی AM ، به ویژه رسوب انرژی هدایت شده (DED) ، از سهام نوار آلیاژ تیتانیوم به عنوان مواد اولیه خود استفاده می کنند. این نوار به عنوان سیم که توسط منبع انرژی (پرتو لیزر/الکترونی) ذوب می شود ، در دستگاه تغذیه می شود.
بیلت برای جعل: اجزای بحرانی هوافضا اغلب از میله های بزرگ تیتانیوم (بیلت) جعل می شوند تا به خصوصیات مکانیکی برتر - به طور خاص ، یک ساختار دانه ریز و یکنواخت و مقاومت جهت دار 1}} که تکرار مداوم با AM دشوار است. قطعات AM اغلب برای دستیابی به چگالی مشابه به یک مرحله فشار ایزوستاتیک داغ (HIP) نیاز دارند.
ماشینکاری از سهام نوار: برای بسیاری از برنامه ها ، اقتصادی تر ، سریعتر است و خواص بهتری را برای ساخت یک مؤلفه از یک نوار جامد ، به خصوص برای هندسه های ساده تر ، تولید حجم بالا {0} بالا ، یا جایی که خصوصیات ناهمسانگرد یک نوار فسیل مورد نظر است ، فراهم می کند.
تولید هیبریدی: یک رویکرد مشترک استفاده از AM برای ساخت نزدیک - net- شکل است ، که سپس -} ماشینکاری شده از یک ساختار داده تعریف شده است. فیکسچر و ابزار برای این ماشینکاری اغلب از سهام نوار تیتانیوم با قدرت بالا- ساخته می شود.
